(57)【要約】【課題】  処理チャンバー内だけでなく、搬送システムにおける腐食も確実に防止できるようなプラズマ処理方法および後処理方法を提供する。【解決手段】  チャンバー内の被処理体に対してプラズマ処理を行うプラズマ処理方法は、少なくともハロゲン元素を含むガスをプラズマ化して生成した第１のプラズマにより被処理体を処理する第１のプラズマ処理と、第１のプラズマ処理後、前記チャンバー内に酸素を含むガスを供給し、第２のプラズマを生成させて前記チャンバーおよび被処理体を処理する第２のプラズマ処理と、第２のプラズマ処理後の被処理体を、少なくとも窒素および水素を含むガスをプラズマ化して生成した第３のプラズマにより処理する第３のプラズマ処理と、を含むものである。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
チャンバー内の被処理体に対してプラズマ処理を行うプラズマ処理方法であって、
少なくともハロゲン元素を含むガスをプラズマ化して生成した第１のプラズマにより被処理体を処理する第１のプラズマ処理と、
第１のプラズマ処理後、前記チャンバー内に酸素を含むガスを供給し、第２のプラズマを生成させて前記チャンバーおよび被処理体を処理する第２のプラズマ処理と、
第２のプラズマ処理後の被処理体を、少なくとも窒素および水素を含むガスをプラズマ化して生成した第３のプラズマにより処理する第３のプラズマ処理と、
を含むことを特徴とする、プラズマ処理方法。
【請求項２】
前記第１のプラズマ処理から第３のプラズマ処理までを同一のチャンバー内で行うことを特徴とする、請求項１に記載のプラズマ処理方法。
【請求項３】
前記第１のプラズマ処理と第２のプラズマ処理を同一のチャンバー内で実施し、第３のプラズマ処理を別のチャンバー内で行うことを特徴とする、請求項１に記載のプラズマ処理方法。
【請求項４】
前記ハロゲン元素が、塩素または臭素であり、前記少なくとも窒素および水素を含むガスが、アンモニアガス、または、窒素ガスと水素ガスの混合ガスであることを特徴とする、請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のプラズマ処理方法。
【請求項５】
前記第３のプラズマ処理では、被処理体上に付着したハロゲン化ケイ素を、ハロゲン化アンモニウムに転化することを特徴とする、請求項４に記載のプラズマ処理方法。
【請求項６】
前記第３のプラズマ処理後の被処理体をウエット洗浄する洗浄処理を含むことを特徴とする、請求項５に記載のプラズマ処理方法。
【請求項７】
第１のプラズマ処理が、シリコン基板へのプラズマエッチング処理であることを特徴とする、請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載のプラズマ処理方法。
【請求項８】
チャンバー内の被処理体に対して、腐食性ガスを使用する処理プロセスの後に施される後処理方法であって、
前記チャンバー内に酸素を含むガスを供給し、Ｏ２プラズマを生成させて前記チャンバーおよび被処理体を処理するＯ２プラズマ処理と、
Ｏ２プラズマ処理後の被処理体を、少なくとも窒素および水素を含むガスをプラズマ化して生成したＮＨ３プラズマにより処理するＮＨ３プラズマ処理と、
を含むことを特徴とする、後処理方法。
【請求項９】
前記腐食性ガスを使用する処理プロセス、前記Ｏ２プラズマ処理および前記ＮＨ３プラズマ処理までを同一のチャンバー内で行うことを特徴とする、請求項８に記載の後処理方法。
【請求項１０】
前記Ｏ２プラズマ処理と前記ＮＨ３プラズマ処理を異なるチャンバー内で行うことを特徴とする、請求項８に記載の後処理方法。
【請求項１１】
前記腐食性ガスが、少なくともハロゲン元素を含むガスであり、前記少なくとも窒素および水素を含むガスが、アンモニアガス、または、窒素ガスと水素ガスの混合ガスであることを特徴とする、請求項８ないし請求項１０のいずれか１項に記載の後処理方法。
【請求項１２】
前記ＮＨ３プラズマ処理では、被処理体上に付着したハロゲン化ケイ素を、ハロゲン化アンモニウムに転化することを特徴とする、請求項１１に記載の後処理方法。
【請求項１３】
前記ＮＨ３プラズマ処理後の被処理体をウエット洗浄する洗浄処理を含むことを特徴とする、請求項１２に記載の後処理方法。
【請求項１４】
前記腐食性ガスを使用する処理プロセスが、シリコン基板へのエッチング処理である請求項８ないし請求項１３のいずれか１項に記載の後処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマ処理方法および後処理方法に関し、詳細には、例えば半導体ウエハなどに対して、エッチング処理などを行うためのプラズマ処理方法および後処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体ウエハなどの基板に対し、臭化水素や塩素などの腐食性ガスを用いてドライエッチングを行うプロセスにおいては、処理チャンバー内に付着した反応生成物の剥がれによるパーティクルの発生や、腐食性ガスによる処理チャンバーの劣化などへの対策が必要である。このため、ドライエッチング後にＯ２プラズマによるクリーニングを行うことが提案されている（例えば、特許文献１）。このＯ２プラズマによるクリーニングは、チャンバー内のハロゲン雰囲気の置換や、チャンバーの腐食対策に有効であり、また、基板上に吸着している腐食性ガスをスパッタリングにより除去する効果も期待できる。
【０００３】
しかしながら、エッチング処理後の基板上には、反応生成物の堆積がみられ、例えばシリコン基板へのエッチングの場合は、ＳｉＢｒ４、ＳｉＣｌ４などの反応生成物が堆積している。上記Ｏ２プラズマによる後処理によっては、これらの堆積物を完全に除去することは困難であった。
【０００４】
【特許文献１】特開昭６３−５５３２号公報（特許請求の範囲）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記のように、Ｏ２ガスプラズマによるクリーニングでは、基板上の堆積物を完全に除去することは困難である。基板上に残留した前記堆積物は、大気開放下におかれるとハロゲンガスなどの腐食性ガスを発生する性質がある。このため、後段のプロセスへ移行する際、搬送システムにおいて基板上の堆積物から腐食性ガスが発生し、これが搬送システムの腐食の原因となるという問題がある。一般に、腐食性ガスを使用するエッチングなどの処理を行うチャンバー内面は、アルミニウムやアルマイト材料で構成されているため、一応の腐食対策が施されているが、元々搬送システム系は腐食性ガスとの接触が想定されていないため、腐食による劣化が生じると、システム全体の耐久性を大きく損なうことになる。ところが、これまで搬送システムの腐食対策については、ほとんど検討されていないのが実情であった。
【０００６】
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、処理チャンバー内だけでなく、搬送システムにおける腐食も確実に防止できるようなプラズマ処理方法および後処理方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため、本発明の第１の観点によれば、チャンバー内の被処理体に対してプラズマ処理を行うプラズマ処理方法であって、
少なくともハロゲン元素を含むガスをプラズマ化して生成した第１のプラズマにより被処理体を処理する第１のプラズマ処理と、
第１のプラズマ処理後、前記チャンバー内に酸素を含むガスを供給し、第２のプラズマを生成させて前記チャンバーおよび被処理体を処理する第２のプラズマ処理と、
第２のプラズマ処理後の被処理体を、少なくとも窒素および水素を含むガスをプラズマ化して生成した第３のプラズマにより処理する第３のプラズマ処理と、
を含むことを特徴とする、プラズマ処理方法が提供される。
このプラズマ処理方法では、第２のプラズマ処理と第３のプラズマ処理を行うことによって、処理チャンバー内のみならず、搬送システムでのハロゲンによる腐食も防止できる。
【０００８】
上記プラズマ処理方法においては、前記第１のプラズマ処理から第３のプラズマ処理までを同一のチャンバー内で行なってもよい。この場合、単一のチャンバー内でのオール・イン・ワン処理において、チャンバーのクリーニングと被処理体表面堆積物の改質が実現する。
【０００９】
また、前記第１のプラズマ処理と第２のプラズマ処理を同一のチャンバー内で実施し、第３のプラズマ処理を別のチャンバー内で行なってもよい。この場合、被処理体を別のチャンバーに移すことによって、第１のプラズマ処理を行ったチャンバー内のハロゲン雰囲気の影響をほぼ遮断できる。従って、搬送システム系での腐食性ガスの発生を確実に防止できる。
【００１０】
また、上記プラズマ処理方法においては、前記ハロゲン元素が、塩素または臭素であり、前記少なくとも窒素および水素を含むガスが、アンモニアガス、または、窒素ガスと水素ガスの混合ガスであることが好ましい。この場合、第３のプラズマ処理では、被処理体上に付着したハロゲン化ケイ素が、ハロゲン化アンモニウムに転化され、安定化される。従って、搬送システム内でのハロゲンの発生を防止できる。
【００１１】
上記プラズマ処理方法においては、前記第３のプラズマ処理後の被処理体をウエット洗浄する洗浄処理をさらに含むことが好ましい。この場合、ハロゲン化アンモニウムを容易に洗浄除去できる。
【００１２】
また、プラズマ処理方法の好ましい態様では、第１のプラズマ処理が、シリコン基板へのプラズマエッチング処理である。この場合、腐食性ガスを使用して効率の良いエッチング処理を実現しながら、チャンバーのみならず搬送システムの腐食対策が図られる。
【００１３】
また、本発明の第２の観点によれば、チャンバー内の被処理体に対して、腐食性ガスを使用する処理プロセスの後に施される後処理方法であって、
前記チャンバー内に酸素を含むガスを供給し、Ｏ２プラズマを生成させて前記チャンバーおよび被処理体を処理するＯ２プラズマ処理と、
Ｏ２プラズマ処理後の被処理体を、少なくとも窒素および水素を含むガスをプラズマ化して生成したＮＨ３プラズマにより処理するＮＨ３プラズマ処理と、
を含むことを特徴とする、後処理方法が提供される。
【００１４】
上記後処理方法では、前記腐食性ガスを使用する処理プロセス、前記Ｏ２プラズマ処理および前記ＮＨ３プラズマ処理までを同一のチャンバー内で行ってもよい。この場合、単一のチャンバー内でのオール・イン・ワン処理において、チャンバーのクリーニングと被処理体表面堆積物の改質が実現する。
【００１５】
また、前記Ｏ２プラズマ処理とＮＨ３プラズマ処理を異なるチャンバー内で行ってもよい。この場合、被処理体を別のチャンバーに移すことによって、腐食性ガスによる影響をほぼ遮断できる。従って、ＮＨ３プラズマ処理における被処理体表面堆積物の改質の効率が高まり、搬送システム系への腐食性ガスのキャリーオーバーを確実に防止できる。
【００１６】
上記後処理方法では、腐食性ガスが、少なくともハロゲン元素を含むガスであり、前記少なくとも窒素および水素を含むガスが、アンモニアガス、または、窒素ガスと水素ガスの混合ガスである場合、前記ＮＨ３プラズマ処理では、被処理体上に付着したハロゲン化ケイ素が、ハロゲン化アンモニウムに転化され、安定化される。従って、搬送システム内でのハロゲンの発生を防止できる。
【００１７】
この後処理方法においては、前記ＮＨ３プラズマ処理後の被処理体をウエット洗浄する洗浄処理を含むことが好ましい。この場合、ハロゲン化アンモニウムを容易に洗浄除去できる。
【００１８】
上記後処理方法の好ましい態様では、腐食性ガスを使用する処理プロセスが、シリコン基板へのエッチング処理である。この場合、腐食性ガスを使用して効率の良いエッチング処理を達成しながら、チャンバーのみならず搬送システムの腐食対策が図られる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明のプラズマ処理方法および後処理方法によれば、処理チャンバー内のみならず、搬送システムでのハロゲンによる腐食も防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明において、被処理体としては、例えば半導体ウエハなどの基板を挙げることができる。
【００２１】
本発明のプラズマ処理方法に使用する「少なくともハロゲン元素を含むガス」は、構成要素に、塩素、臭素などのハロゲン元素を含むガスであり、具体的には、臭化水素ガス、塩化水素ガス、塩素ガスなど、を例示することができる。従って、第１のプラズマ処理としては、例えば、ハロゲンガスを使用するプラズマエッチング処理などを挙げることができる。
【００２２】
また、「酸素を含むガス」としては、例えば、Ｏ２ガスや、Ｏ２ガスと希ガスなどの不活性ガスとの混合ガスを使用できる。従って、第２のプラズマ処理としては、例えばＯ２ガスプラズマによるＯ２プラズマ処理などを挙げることができる。この第２のプラズマ処理では、第１のプラズマ処理によって被処理体上に物理吸着しているハロゲンガス成分（Ｃｌ２、ＨＢｒなど）の除去、処理チャンバー内に残留しているハロゲンガスをＯ２ガスに置換するチャンバー内雰囲気の置換、チャンバー壁面に付着しているＳｉＣｌ４、ＳｉＢｒ４などの堆積物の除去などが行われる。
【００２３】
本発明のプラズマ処理方法において、「少なくとも窒素および水素を含むガス」としては、例えば、ＮＨ３ガスや、Ｎ２とＨ２の混合ガスなどを使用できる。従って、第３のプラズマ処理としては、例えば、ＮＨ３ガスプラズマによるＮＨ３プラズマ処理などを挙げることができる。
【００２４】
第３のプラズマ処理では、第１のプラズマ処理により半導体ウエハなどの被処理体上に堆積したＳｉＣｌ４、ＳｉＢｒ４などのハロゲン化ケイ素（ＳｉＸ４；ここで、Ｘはハロゲン元素を示す。以下同様である）や、被処理体上に物理吸着しているＣｌ２、ＨＢｒなどを、ＮＨ４Ｃｌ、ＮＨ４Ｂｒなどのハロゲン化アンモニウム（ＮＨ４Ｘ；ここで、Ｘは前記した意味を有する。以下同様である）に転化する。ハロゲン化アンモニウムは、大気開放状態でも揮散することがないので、搬送システムにおけるハロゲンガスの発生が抑制され、搬送経路の腐食を未然に防止できる。
【００２５】
第３のプラズマ処理によって生じたハロゲン化アンモニウムは、水溶性物質であるため、ウエット洗浄工程で容易に除去できる。洗浄の条件は、通常のウエット洗浄工程と同様に実施できる。
【００２６】
本発明方法においては、第１のプラズマ処理から第３のプラズマ処理までを同一のチャンバー内で行うことが可能であり、この場合、第２のプラズマ処理により、第１のプラズマ処理によって生じたチャンバー内ハロゲン雰囲気の置換、チャンバー内堆積物の除去、被処理体に吸着したハロゲンガス分子の除去が行われ、第３のプラズマ処理によって、堆積物の改質（ハロゲン化アンモニウムへの転化）が可能になる。
【００２７】
また、第１のプラズマ処理と第２のプラズマ処理を同一のチャンバー内で実施し、第３のプラズマ処理は被処理体を別のチャンバーに移して実施することもできる。この場合、第２のプラズマ処理によって、第１のプラズマ処理により生じた最初のチャンバー内のハロゲン雰囲気の置換、チャンバー内堆積物の除去、被処理体に吸着したハロゲンガス分子の除去が行われる。また、第３のプラズマ処理は、別のチャンバーで被処理体表面に堆積した反応生成物の改質のみが行われる。この際、被処理体のチャンバー間の移動は、真空条件下で行うことが好ましい。
【００２８】
プラズマ処理の条件は、特に限定されるものではないが、例えば第１のプラズマ処理を５０秒間行い、後処理としての第２のプラズマ処理および第３のプラズマ処理を、それぞれ５秒間程度行うことができる。
なお、以上の第１のプラズマ処理〜第３のプラズマ処理に加え、必要に応じて、他の処理を含めることもできる。例えば、第１のプラズマ処理がシリコンウエハのエッチングプロセスである場合、その前処理としてシリコンウエハ表面の自然酸化膜を除去する処理を加えることが好ましい。
【００２９】
本発明の後処理方法は、腐食性ガスを使用する処理プロセスの後に施される後処理方法である。この後処理方法は、腐食性ガスによる処理後の被処理体やチャンバーに対し、酸素を含むガスをプラズマ化して生成したＯ２プラズマにより処理するＯ２プラズマ処理（クリーニング処理）と、少なくとも窒素および水素を含むガスをプラズマ化して生成したＮＨ３プラズマにより被処理体を処理するＮＨ３プラズマ処理（改質処理）と、を行うことにより実施できる。ここで、腐食性ガスを使用する処理としては、例えば、前記プラズマ処理方法における第１のプラズマ処理と同様にハロゲン含有ガスを使用するプラズマエッチング処理などを挙げることができる。また、Ｏ２プラズマ処理は前記プラズマ処理方法における第２のプラズマ処理と同様に実施することができ、ＮＨ３プラズマ処理は第３のプラズマ処理と同様に実施することができる。
【００３０】
次に、本発明の作用について、図１〜３を参照しながら説明する。図１〜３は、本発明のプラズマ処理方法における原理を説明するための模式図である。図１は、被処理体としての半導体ウエハ（以下、単に「ウエハ」という）Ｗに、腐食性ガスを用いて第１のプラズマ処理を施した後の基板表面付近の断面の状態を示している。第１のプラズマ処理によって、基板表面には、Ｃｌ２やＨＢｒなどのハロゲン系の吸着物２０１が物理吸着しており、また、ＳｉＸ４（Ｘは塩素、臭素などのハロゲン元素を示す。）などにより構成される堆積物２０２が付着している。
【００３１】
第１のプラズマ処理後に、第２のプラズマ処理を行うと、Ｏ２プラズマによって吸着物２０１がスパッタリングにより除去される。その結果、図２に示すように吸着物２０１の多くが除去されるが、完全には除去されず、堆積物２０２は、ほぼそのままウエハＷ上に残存する。なお、第１のプラズマ処理に使用したチャンバー内壁においても、図２と同様の機構によって吸着物２０１の除去が行われるとともに、チャンバー内雰囲気が置換されるので、腐食が防止される。
【００３２】
次に、ウエハＷに対し、第３のプラズマ処理を実施すると、ＮＨ３プラズマの作用によって、図３のように、堆積物２０２のＳｉＸ４がハロゲン化アンモニウム（ＮＨ４Ｘ）に変化し、改質物２０３に転化される。また、残存しているハロゲン系吸着物２０１も改質物２０３により固定化される。改質物２０３は、フープ内などの搬送システム中で大気開放状態に曝されてもハロゲンガスを発生させることがないため、搬送システムの腐食を防止することができる。なお、第３のプラズマ処理により生成したＮＨ４Ｘは、水溶性物質であるため、ウエット洗浄によって容易に除去することができる。
【００３３】
次に、プラズマ処理装置の具体的構成を示す図面を参照しながら、本発明の実施の形態について説明する。図４は、本発明方法の実施に適したプラズマ処理装置を概略的に示す水平断面図である。このプラズマ処理装置は、所定の真空下で被処理体としてのウエハＷに対して、エッチング処理および後処理を行うものである。
【００３４】
このプラズマ処理装置１は、二つの処理ユニット２，３を備えており、各処理ユニット２，３では、それぞれ独立してウエハＷのエッチング処理および後処理までを一貫して行うオール・イン・ワンプロセスが実施できるように構成されている。各処理ユニット２，３には、それぞれロードロック室６，７がゲートバルブＧ１を介して接続されている。これらロードロック室６，７の処理ユニット２，３と反対側には、ウエハ搬入出室８が設けられており、ウエハ搬入出室８のロードロック室６，７と反対側にはウエハＷを収容可能なフープ（ＦＯＵＰ）Ｆを取り付ける３つの接続ポート９，１０，１１が設けられている。
【００３５】
二つの処理ユニット２，３は、各ゲートバルブＧ１を開放することにより、ロードロック室６，７と連通され、各ゲートバルブＧ１を閉じることによりロードロック室６，７から遮断される。また、ロードロック室６，７のウエハ搬入出室８に接続される部分にも、ゲートバルブＧ２が設けられており、ロードロック室６，７は、ゲートバルブＧ２を開放することによりウエハ搬入出室８に連通され、これらを閉じることにより、ウエハ搬入出室８から遮断される。
【００３６】
ロードロック室６，７内には、処理ユニット２，３と、ウエハ搬入出室８との間で、被処理体であるウエハＷの搬入出を行うウエハ搬送装置４，５がそれぞれ設けられている。
【００３７】
ウエハ搬入出室８の天井部には、ＨＥＰＡフィルタ（図示せず）が設けられており、このＨＥＰＡフィルタを通過した清浄な空気がウエハ搬入出室８内にダウンフロー状態で供給され、大気圧の清浄空気雰囲気でウエハＷの搬入出が行われるようになっている。ウエハ搬入出室８のフープＦ取付け用の３つの接続ポート９，１０，１１には、それぞれシャッター（図示せず）が設けられており、これら接続ポート９，１０，１１にウエハＷを収容したフープＦまたは空のフープＦが直接取付けられ、取付けられた際にシャッターが外れて外気の侵入を防止しつつウエハ搬入出室８と連通するようになっている。また、ウエハ搬入出室８の片方の側面には、アライメントチャンバー１４が設けられており、そこでウエハＷのアライメントが行われる。ウエハ搬入出室８のもう片方の側面には、洗浄チャンバー１５が設けられており、そこでプラズマ処理後のウエハＷのウエット洗浄が行われる。
【００３８】
ウエハ搬入出室８内には、フープＦに対するウエハＷの搬入出およびロードロック室６，７に対するウエハＷの搬入出を行うウエハ搬送装置１６が設けられている。このウエハ搬送装置１６は、多関節アーム構造を有しており、フープＦの配列方向に沿ってレール１８上を走行可能となっており、その先端のピック１７上にウエハＷを載せてその搬送を行う。ウエハ搬送装置１６の動作等、システム全体の制御は、制御部１９によって行われる。
【００３９】
このようなプラズマ処理装置１においては、まず、大気圧の清浄空気雰囲気に保持されたウエハ搬入出室８内のウエハ搬送装置１６により、いずれかのフープＦからウエハＷを一枚取り出してアライメントチャンバー１４に搬入し、ウエハＷの位置合わせを行う。次いで、ウエハＷをロードロック室６，７のいずれかに搬入し、そのロードロック室内を真空引きした後、ウエハ搬送装置４または５によりそのロードロック室内のウエハＷを処理ユニット２または処理ユニット３に装入して、エッチング処理を行い、引き続き、同一の処理ユニット内で後処理を行う。その後、ウエハＷをウエハ搬送装置４，５のいずれかによりロードロック室６，７のいずれかに搬入し、その中を大気圧に戻した後、ウエハ搬入出室８内のウエハ搬送装置１６によりロードロック室内のウエハＷを取出し、洗浄チャンバー１５に挿入してウエット洗浄処理を行う。洗浄チャンバー１５では、水などの洗浄液によってウエハＷをウエット洗浄することにより、改質物ＮＨ４Ｘが除去される。洗浄後のウエハＷは、再びウエハ搬送装置１６により、フープＦのいずれかに収容する。このような操作を１ロットのウエハＷに対して行い、１ロットの処理が終了する。
【００４０】
次に、処理ユニット２の詳細について、図５により説明する。図５は、処理ユニット２の概略断面図である。この処理ユニット２では、前記したように、「第１のプラズマ処理」としてのドライエッチングに引き続き、その「後処理」である、「第２のプラズマ処理」としてのＯ２プラズマ処理および「第３のプラズマ処理」としてのＮＨ３プラズマ処理を同一チャンバー内で行うことができるように構成されている。
【００４１】
また、処理ユニット２は、電極板が上下平行に対向し、一方にプラズマ形成用電源が接続された容量結合型平行平板プラズマエッチング装置として構成されている。
【００４２】
この処理ユニット２は、例えば表面がセラミック溶射処理されたアルミニウムからなる円筒形状に成形された処理容器としてのチャンバー２２を有しており、このチャンバー２２は保安接地されている。前記チャンバー２２内には、例えばシリコンからなり、その上に所定の膜が形成されたウエハＷを載置し、下部電極として機能するサセプタ２３が支持部材２４に支持された状態で設けられている。この支持部材２４はセラミックなどの絶縁板２５を介して、図示しない昇降装置の支持台２６により支持されており、この昇降機構によってサセプタ２３が昇降可能となっている。支持台２６の下方中央の大気部分は、ベローズ２７で覆われており、チャンバー２２内と大気部分とが分離されている。
【００４３】
前記支持部材２４の内部には、冷媒室２８が設けられており、この冷媒室２８には、例えばガルデンなどの冷媒が冷媒導入管２８ａを介して導入されて循環し、その冷熱が前記サセプタ２３を介して前記ウエハＷに対して伝熱され、これによりウエハＷの処理面が所望の温度に制御される。また、チャンバー２２が真空に保持されていても、冷媒室２８に循環される冷媒によりウエハＷを有効に冷却可能なように、被処理体であるウエハＷの裏面に、伝熱媒体、例えばＨｅガスなどを供給するためのガス通路２９が設けられており、この伝熱媒体を介してサセプタ２３の冷熱がウエハＷに有効に伝達され、ウエハＷを精度よく温度制御することができる。
【００４４】
サセプタ２３は、その上部中央部が凸状の円板状に成形され、その上に絶縁材の間に電極３２が介在されてなる静電チャック３１が設けられており、電極３２に接続された直流電源３３から直流電圧が印加されることにより、例えばクーロン力によってウエハＷを静電吸着する。前記サセプタ２３の上端周縁部には、静電チャック３１上に載置されたウエハＷを囲むように、エッチングの均一性を向上させるための環状のフォーカスリング３５が配置されている。
【００４５】
前記サセプタ２３の上方には、このサセプタ２３と平行に対向して上部電極として機能するシャワーヘッド４１が設けられている。このシャワーヘッド４１は、絶縁材４２を介して、チャンバー２２の上部に支持されており、サセプタ２３との対向面４４には、多数の吐出孔４３を有している。なお、ウエハＷ表面とシャワーヘッド４１とは、例えば３０〜９０ｍｍ程度離間され、この距離は前記昇降機構により調節可能である。
【００４６】
前記シャワーヘッド４１の中央には、ガス導入口４６が設けられ、さらにこのガス導入口４６には、ガス供給管４７が接続されており、さらにこのガス供給管４７には、バルブ４８を介して、エッチングガスおよびクリーニングガスを供給するガス供給系が接続されている。ガス供給系は、Ｃｌ２ガス供給源５０、ＮＨ３ガス供給源５１、Ｏ２ガス供給源５２を有しており、これらのガス供給源からの配管には、それぞれマスフローコントローラー５３およびバルブ５４が設けられている。
【００４７】
そして、エッチングガスとしてのＣｌ２ガス、後処理ガスとしてのＮＨ３ガス、およびＯ２ガスは、ガス供給系のそれぞれのガス供給源からガス供給配管４７、ガス導入口４６を介してシャワーヘッド４１内の空間に至り、ガス吐出孔４３から吐出される。
【００４８】
前記チャンバー２２の側壁底部近傍には、排気管５５が接続されており、この排気管５５には、排気装置５６が接続されている。排気装置５６は、ターボ分子ポンプなどの真空ポンプを備えており、これによりチャンバー２２内を所定の減圧雰囲気、例えば１Ｐａ以下の所定の圧力まで真空引き可能なように構成されている。また、チャンバー２２の側壁には、ウエハＷの搬入出口５７と、この搬入出口５７を開閉するゲートバルブＧ１とが設けられており、このゲートバルブＧ１を開にした状態で搬入出口５７を介してウエハＷが隣接するロードロック室６（図４参照）との間で搬送されるようになっている。
【００４９】
上部電極として機能するシャワーヘッド４１には、高周波電源６０が接続されており、その給電線には整合器６１が介在されている。この高周波電源６０は、例えば６０ＭＨｚの周波数の高周波電力を上部電極であるシャワーヘッド４１に供給し、上部電極であるシャワーヘッド４１と下部電極であるサセプタ２３との間にプラズマ形成用の高周波電界を形成する。また、シャワーヘッド４１には、ローパスフィルター（ＬＰＦ）６２が接続されている。
【００５０】
下部電極として機能するサセプタ２３には、高周波電源７０が接続されており、その給電線には、整合器７１が介在されている。この高周波電源７０は、例えば１３．５６ＭＨｚの周波数の高周波電力を下部電極であるサセプタ２３に供給し、プラズマ中のイオンをウエハＷに向けて引き込み、異方性の高いエッチングを実現する。また、このサセプタ２３には、ハイパスフィルター（ＨＰＦ）３６が接続されている。
【００５１】
図５の装置を用いてエッチングする際には、まず、ゲートバルブＧ１を開にして、ウエハＷをチャンバー２２内に搬入し、サセプタ２３に載置した後、ゲートバルブＧ１を閉じ、サセプタ２３を上昇させてサセプタ２３上のウエハＷ表面とシャワーヘッド４１との距離を３０〜９０ｍｍ程度に調整し、排気装置５６の真空ポンプにより排気管５５を介してチャンバー２２内を排気し、チャンバー２２内を減圧した後、直流電源３３から直流電圧を静電チャック３１内の電極３２に印加する。
【００５２】
次いで、Ｃｌ２ガス供給源５０からエッチングガスとしてのＣｌ２ガスをチャンバー２２内に導入する。そして、高周波電源６０からシャワーヘッド４１に、例えば６０ＭＨｚの高周波電力を印加し、これにより、上部電極としてのシャワーヘッド４１と下部電極としてのサセプタ２３との間に高周波電界を生じさせ、Ｃｌ２ガスをプラズマ化する。プラズマの生成によりウエハＷは静電チャック３１上に静電吸着される。
【００５３】
このようにして得られたエッチングガスのプラズマにより、ウエハＷに対してエッチングを行う。このとき、高周波電源７０から下部電極であるサセプタ２３に所定の周波数の高周波電極を印加してプラズマ中のイオンをサセプタ２３側へ引き込むようにする。
【００５４】
処理ユニット２において、後処理としてのＯ２ガスによるクリーニング処理やＮＨ３ガスによる改質処理を行う場合は、エッチングガスとしてのＣｌ２ガスに代えて、それぞれＯ２ガス、ＮＨ３ガスを用いて、同様のプラズマ処理が行われる。
【００５５】
図６は、マルチチャンバータイプのプラズマ処理装置を示す概略構成図である。図６に示すように、このプラズマ処理装置１００は、ウエハＷに対してエッチング処理およびＯ２プラズマ処理を行うエッチング処理ユニット８２，８３と、アンモニアプラズマ処理を行うＮＨ３プラズマ処理ユニット８４，８５と、を有している。また、プラズマ処理装置１００は、六角形をなすウエハ搬送室８１を有しており、その４辺には、それぞれ所定の処理ユニットが接続される接続ポート８１ａ，８１ｂ，８１ｃ，８１ｄを有している。接続ポート８１ａにはエッチング処理ユニット８２が接続され、接続ポート８１ｂにはエッチング処理ユニット８３が接続され、接続ポート８１ｃにはＮＨ３プラズマ処理ユニット８４が接続され、接続ポート８１ｄにはＮＨ３プラズマ処理ユニット８５が接続されている。
【００５６】
また、ウエハ搬送室８１の他の二つの辺には、それぞれロードロック室８６，８７が設けられている。これらロードロック室８６，８７のウエハ搬送室８１と反対側には、ウエハ搬入出室８８が設けられており、ウエハ搬入出室８８のロードロック室８６，８７と反対側にはウエハＷを収容可能なフープ（ＦＯＵＰ）Ｆを取り付ける３つの接続ポート８９，９０，９１が設けられている。
【００５７】
エッチング処理ユニット８２，８３、ＮＨ３プラズマ処理ユニット８４，８５およびロードロック室８６，８７は、ゲートバルブＧ３，Ｇ４を介して接続され、これらは各ゲートバルブＧ３，Ｇ４を開放することにより、ウエハ搬送室８１と連通され、各ゲートバルブＧ３，Ｇ４を閉じることによりウエハ搬送室８１から遮断される。また、ロードロック室８６，８７のウエハ搬入出室８８に接続される部分にも、ゲートバルブＧ５が設けられており、ロードロック室８６，８７は、ゲートバルブＧ５を開放することによりウエハ搬入出室８８に連通され、これらを閉じることにより、ウエハ搬入出室８８から遮断される。
【００５８】
ウエハ搬送室８１内には、エッチング処理ユニット８２，８３、ＮＨ３プラズマ処理ユニット８４，８５、およびロードロック室８６，８７に対して、被処理体であるウエハＷの搬入出を行うウエハ搬送装置９２が設けられている。このウエハ搬送装置９２は、ウエハ搬送室８１の略中央に配設されており、回転および伸縮可能な回転・伸縮部９３の先端にウエハＷを保持する２つのブレード９４ａ，９４ｂを有しており、これら２つのブレード９４ａ，９４ｂは互いに反対方向を向くように回転・伸縮部９３に取付けられている。なお、このウエハ搬送室８１内は、所定の真空度に保持されるようになっている。
【００５９】
ウエハ搬入出室８８の天井部には、ＨＥＰＡフィルタ（図示せず）が設けられており、このＨＥＰＡフィルタを通過した清浄な空気がウエハ搬入出室８８内にダウンフロー状態で供給され、大気圧の清浄空気雰囲気でウエハＷの搬入出が行われるようになっている。ウエハ搬入出室８８のフープＦ取付け用の３つの接続ポート８９，９０，９１には、それぞれシャッター（図示せず）が設けられており、これら接続ポート８９，９０，９１にウエハＷを収容したフープＦまたは空のフープＦが直接取付け付けられ、取付けられた際にシャッターが外れて外気の侵入を防止しつつウエハ搬入出室８８と連通するようになっている。また、ウエハ搬入出室８８の片方の側面には、アライメントチャンバー９４が設けられており、そこでウエハＷのアライメントが行われる。ウエハ搬入出室８８のもう片方の側面には、洗浄チャンバー９５が設けられており、そこでプラズマ処理後のウエハＷのウエット洗浄が行われる。
【００６０】
ウエハ搬入出室８８内には、フープＦに対するウエハＷの搬入出およびロードロック室８６，８７に対するウエハＷの搬入出を行うウエハ搬送装置９６が設けられている。このウエハ搬送装置９６は、多関節アーム構造を有しており、フープＦの配列方向に沿ってレール９８上を走行可能となっており、その先端のピック９７上にウエハＷを載せてその搬送を行う。ウエハ搬送装置９２，９６の動作等、システム全体の制御は、制御部９９によって行われる。
【００６１】
このようなプラズマ処理装置１００においては、まず、大気圧の清浄空気雰囲気に保持されたウエハ搬入出室８８内のウエハ搬送装置９６により、いずれかのフープＦからウエハＷを一枚取り出してアライメントチャンバー９４に搬入し、ウエハＷの位置合わせを行う。次いで、ウエハＷをロードロック室８６，８７のいずれかに搬入し、そのロードロック室内を真空引きした後、ウエハ搬送室８１内のウエハ搬送装置９２によりそのロードロック室内のウエハＷを取り出す。
【００６２】
次に、取り出したウエハＷを、エッチング処理ユニット８２または８３に装入してエッチング処理を行い、引き続きＯ２プラズマ処理を行う。その後、ウエハＷをウエハ搬送装置９２によりエッチング処理ユニット８２または８３から取り出し、ＮＨ３プラズマ処理ユニット８４または８５に装入してＮＨ３プラズマ処理を行う。すなわち、このプラズマ処理装置１００では、エッチング処理およびＯ２プラズマ処理をエッチング処理ユニット８２または８３で行い、引き続き真空を破ることなくｉｎ  ｓｉｔｕで、ＮＨ３プラズマ処理ユニット８４または８５においてＮＨ３プラズマ処理を行う。その後、ウエハＷをウエハ搬送装置９２によりロードロック室８６，８７のいずれかに搬入し、その中を大気圧に戻した後、ウエハ搬入出室８８内のウエハ搬送装置９６によりロードロック室内のウエハＷを取出し、洗浄チャンバー９５に搬入する。洗浄チャンバー９５では、水などの洗浄液によってウエハＷをウエット洗浄し、改質物ＮＨ４Ｘを除去する。洗浄後、ウエハ搬送装置９６によりウエハＷを取出し、フープＦのいずれかに収容する。このような操作を１ロットのウエハＷに対して行い、１ロットの処理が終了する。
【００６３】
プラズマ処理装置１００におけるエッチング処理ユニット８２，８３およびＮＨ３プラズマ処理ユニット８４，８５の構造は、ガス供給系が異なる点を除き、図５とほぼ同様の構成を採用することができる。すなわち、エッチング処理ユニット８２，８３は、エッチングガスとしてのＣｌ２供給系およびクリーニングガスとしてのＯ２ガス供給系を備えており、ＮＨ３プラズマ処理ユニット８４，８５では、改質ガスとしてのＮＨ３ガス供給系を備えた構成となっている。また、プラズマ処理装置１００におけるエッチング処理、Ｏ２プラズマ処理、ＮＨ３プラズマ処理も、それぞれ図５に示す処理ユニット２における処理に準じて実施できる。
【００６４】
以下、実施例を挙げ、本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれによって制約されるものではない。
実施例１および比較例１〜３
エッチングガスとして、腐食性ガスであるＨＢｒおよびＣｌ２を使用したシリコンウエハのエッチングプロセスを実施するとともに、Ｏ２プラズマおよびＮＨ３プラズマによる後処理を、試験区分により条件を変えて実施し、ウエハ上および搬送経路（フープ内）のハロゲン量を測定した。なお、エッチングプロセスおよび後処理は、図５と同様の構成の装置を用いて実施した。
【００６５】
試験区分は、表１に示すとおりであり、後処理を行わない場合（比較例１）、Ｏ２プラズマ処理のみ実施した場合（比較例２）、ＮＨ３プラズマ処理のみ実施した場合（比較例３）、Ｏ２プラズマ処理後にＮＨ３プラズマ処理を実施した場合（実施例１）のそれぞれについて評価した。プラズマ処理の条件として、エッチング処理は５０秒間行い、後処理のＯ２プラズマ処理およびＮＨ３プラズマ処理は、それぞれ５秒間行った。結果を表１に示す。
【００６６】
【表１】
2006012940.tif 000002
【００６７】
表１から、後処理を行わない比較例１と、Ｏ２プラズマ処理のみ実施した比較例２では、フープ内の塩素量が高かった。これは、ウエハ上に残存した堆積物から塩素が大気開放状態で揮散したものと考えられ、搬送システムの腐食が懸念された。
【００６８】
ＮＨ３プラズマ処理のみを行った比較例３では、フープ内で塩素は検出されなかったが、ウエハ上の塩素および臭素が多いことから、塩化アンモニウム、臭化アンモニウムに改質された状態で堆積しているものと考えられた。なお、表１には示していないが、チャンバー内においても多量の堆積物の残存が確認された。
【００６９】
一方、Ｏ２プラズマ処理後にＮＨ３プラズマ処理を実施した実施例１では、フープ内の塩素は僅かしか検出されず（０．２ｐｐｍ／フープ）、本発明方法が搬送システムの腐食防止に有効であることが示された。また、ウエハ上のハロゲン量も比較例３に比べて有意に少なく、ウエット洗浄での除去が十分に可能であった。なお、チャンバー内の堆積物も殆どなく、チャンバーの腐食防止にも有効であった。
【００７０】
実施例２および比較例４
エッチングガスとして、腐食性ガスであるＨＢｒおよびＣｌ２を使用したシリコンウエハのエッチングプロセスを実施するとともに、後処理として、Ｏ２プラズマ処理およびＮＨ３プラズマ処理を実施し、さらに処理後のシリコンウエハに対しウエット洗浄を実施した（実施例２）。
【００７１】
このウエット洗浄は、薬液として５％フッ化水素水（ＨＦ＋Ｈ２Ｏ）を用いるＤＨＦ洗浄により６０秒間実施した。また、比較のため、後処理としてＯ２プラズマ処理のみを実施した場合についても、同様の条件でＤＨＦ洗浄を実施した（比較例４）。
【００７２】
エッチングプロセスおよび後処理には、図５と同様の構成の装置を用いた。プラズマ処理時間は、エッチング処理においては５０秒間行い、後処理のＯ２プラズマ処理およびＮＨ３プラズマ処理は、それぞれ５秒間とした。なお、後処理がＯ２プラズマ処理のみの比較例４では、５秒＋５秒の通算１０秒間とした。
【００７３】
ウエット洗浄の前後においてシリコンウエハ上のハロゲン量を測定した。シリコンウエハ上のハロゲン量は、シリコンウエハを１００ｍＬの水に浸漬してハロゲンを溶出させ、この溶出液をイオンクロマトグラフィで測定することにより行なった。その結果を表２に示す。
【００７４】
【表２】
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【００７５】
表２に示されるように、後処理としてＯ２プラズマ処理およびＮＨ３プラズマ処理を施した実施例２の場合、ウエット洗浄前はシリコンウエハ上に塩素、臭素ともに多量に残存していた。これらのハロゲンは、改質物中に含まれるものと考えられた。しかし、ウエット洗浄によって塩素、臭素ともに大幅に低減し、Ｏ２プラズマ処理のみを実施した比較例４と同等レベルまで低下した。この結果から、ＮＨ３プラズマ処理に起因してシリコンウエハ上に生成したハロゲン含有の改質物は、ウエット洗浄によって容易に除去できることが確認された。
【００７６】
以上、本発明の実施形態を述べたが、本発明は上記実施形態に制約されることはなく、種々の変形が可能である。例えば、上記実施形態では、第１のプラズマ処理および腐食性ガスを使用する処理として、プラズマエッチング処理を例に挙げたが、これに限定されるものではなく、ハロゲンガス等の腐食性ガスを用いるプロセスであれば同様に適用できる。
【００７７】
また、上記実施形態では、上下電極に高周波電力を印加してエッチングを行う平行平板型のプラズマエッチング装置を使用する例を挙げたが、これに限るものではなく、上部電極のみ、または下部電極のみに高周波電力を印加するタイプの装置であってもよく、永久磁石を用いたマグネトロンＲＩＥプラズマエッチング装置であってもよい。また、容量結合型のプラズマエッチング装置に限らず、誘導結合型等の他の種々のプラズマエッチング装置を用いることができる。
【産業上の利用可能性】
【００７８】
本発明方法は、半導体デバイスの製造プロセスなど処理過程で腐食性ガスを用いるプロセスにおいて利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】第１のプラズマ処理後のウエハ表面の状態を説明する模式図。
【図２】第２のプラズマ処理時のウエハ表面の状態を説明する模式図。
【図３】第３のプラズマ処理後のウエハ表面の状態を説明する模式図。
【図４】本発明方法の実施に適したプラズマ処理装置を示す概略構成図。
【図５】処理ユニットの断面構造を示す図。
【図６】本発明方法の実施に適した別のプラズマ処理装置を示す概略構成図。
【符号の説明】
【００８０】
１；プラズマ処理装置
２；処理ユニット
３；処理ユニット
８２，８３；エッチング処理ユニット
８４，８５；ＮＨ３プラズマ処理ユニット
１００；プラズマ処理装置
２０１；吸着物
２０２；堆積物
２０３；改質物
Ｗ；ウエハ
【図１】
2006012940.tif 000004
【図２】
2006012940.tif 000005
【図３】
2006012940.tif 000006
【図４】
2006012940.tif 000007
【図５】
2006012940.tif 000008
【図６】
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